專利名稱：工程機械用軸桿類零件和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程機械的有關(guān)零部件，特別是涉及一種工程機械用軸桿類零件。
背景技術(shù)：
軸桿類零件作為工程機械關(guān)鍵的零件，在制造過程中，軸桿類零件表面的應(yīng)力狀 態(tài)決定著制造質(zhì)量，而在制造過程中的各道工序作業(yè)，尤其是熱處理工序都有可能改變軸 桿類零表面的應(yīng)力大小和分布狀態(tài)。特別是在高性能要求的軸桿類零件中，軸桿類零表面 存在固有的高應(yīng)力狀態(tài)，如果應(yīng)力分布的不合理，在后續(xù)制造工序中則極易誘發(fā)諸如裂紋 等不良缺陷的產(chǎn)生。軸桿類零件在使用過程中主要的失效形式是磨損。由于包括軸桿(套) 零件在內(nèi)的工程機械都是長期位于工程現(xiàn)場，工作環(huán)境比較惡劣，因而其磨損形式以磨粒 磨損為主，同時也伴隨著疲勞磨損和粘著磨損。從摩擦學原理可知，以磨粒磨損為主的產(chǎn) 品，零件的表面硬度、有效硬化層深度及硬度變化曲線類型是影響軸桿類零件使用壽命的 主要因素，而單一追求深的有效硬化層深度，有可能使軸桿類零件的性價比降低，同時產(chǎn)生 缺陷的傾向更大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種壽命更長且性價比高的工程機械用軸桿 類零件。本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種壽命更長且性價比高的工程機械 用軸桿類零件的制造方法。本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件，包括芯部、淬火硬化層、所述淬火硬化層和所述 芯部之間的過渡層，其特征在于(1)表面硬度彡50HRC ；(2)淬火硬化層的深度Ds與軸桿的半徑r之比Ds/r為0. 28-0. 32 ；(3)淬火硬化層的深度Ds和過渡層寬度b的比例關(guān)系為b = (0. 382 0. 618) Ds。本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件，其中，所述淬火硬化層金相組織為回火馬氏體， 所述過渡層的金相組織為回火馬氏體+貝氏體+屈氏體，所述芯部的金相組織為回火索氏 體+屈氏體+網(wǎng)狀鐵素體。本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件的制造方法包括1、調(diào)質(zhì)熱處理工序，將切削好的工件加熱至830°C 860°C，根據(jù)工件直徑計算保 溫時間，保溫時間lmin/mm，出爐8% -12%質(zhì)量百分數(shù)的鹽水淬火，當水中的工件抖動停 止，出水空冷，再進行560 610°C回火3小時，空冷至室溫；2、粗車，將工件在車床上車削成半徑為17. 5-70mm的軸桿；3、表面感應(yīng)淬火工序，功率70 160KW，工件移動速度70 400mm/min，水壓 0. 10 0. 20MPa,電流300 430A,電壓400 480V，頻率1000 2400Hz ；4、去應(yīng)力回火，將工件加熱至180°C 230°C，保溫3小時。
本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件較現(xiàn)有技術(shù)，具有以下技術(shù)效果1、表面硬度> 50HRC，在使用中，磨粒壓入金屬較淺，變形較小，抗磨粒磨損能力強。2、硬化層的深度Ds與軸桿的半徑r之比Ds/r為0. 28-0. 32 ；其扭轉(zhuǎn)強度的增值率
最高，性價比最高。3、硬化層的深度Ds和過渡層深度b的比例關(guān)系為b = (0. 382 0. 618)Ds。在此 比例范圍內(nèi)，殘余應(yīng)力最小，其壽命較長。


圖1是本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件的金相組織結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中的淬火硬化層的金相組織圖；圖3是圖1中的過渡層的金相組織圖；圖4是圖1中的芯部的金相組織圖；圖5是本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件的扭轉(zhuǎn)強度指標與淬火硬化層的深度Ds 與軸桿半徑r之比(Ds/r)的關(guān)系示意圖；圖6是本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件的殘余應(yīng)力與過渡層深度b與淬火硬化層 的深度Ds之比(b/Ds)的關(guān)系示意圖。
具體實施例方式如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件1的金相組織包括芯 部4、經(jīng)過表面感應(yīng)淬火形成的淬火硬化層2、淬火硬化層2和芯部4之間的過渡層3。淬 火硬化層2的金相組織為回火馬氏體；過渡層3的金相組織為回火馬氏體+貝氏體+屈氏 體；芯部4的金相組織為回火索氏體+屈氏體+網(wǎng)狀鐵素體。本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件1的表面硬度> 50HRC，淬火硬化層2的深度Ds 與軸桿半徑r之比(Ds/r)為0. 28-0. 32 ；淬火硬化層2的深度Ds和過渡層3深度b的比例 關(guān)系為 b = (0. 382 0. 618)DS。本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件的制造方法見以下實施例。實施例一，工程機械用軸桿類零件的一種制造方法1、下料；2、調(diào)質(zhì)熱處理工序，加熱工件至830°C，根據(jù)工件直徑計算保溫時間，保溫時間 lmin/mm,出爐8% -12%質(zhì)量百分數(shù)的鹽水淬火。當水中的工件抖動停止，即可出水空冷。 再進行560°C回火3小時，空冷至室溫；3、粗車，在車床上車削成半徑為17. 5mm的軸桿；4、表面感應(yīng)淬火工序，功率70KW，工件移動速度70mm/min，水壓0. IMPa,電流 300A,電壓:400V，頻率:1000Hz ；5、去應(yīng)力回火，加熱至180°C，保溫3小時。經(jīng)過硬度檢驗，表面硬度58HRC，淬火硬化層的深度Ds為5. 25mm,淬火硬化層的深 度Ds與軸桿半徑r之比(Ds/r)等于0. 3 ；過渡層深度b為2. Imm,淬火硬化層的深度Ds和 過渡層深度b的比例關(guān)系為b = 0. 4DS。
實施例二、工程機械用軸桿類零件的一種制造方法1、下料；
2、調(diào)質(zhì)熱處理工序，加熱工件至840°C，根據(jù)工件直徑計算保溫時間，保溫時間 lmin/mm,出爐8% -12%質(zhì)量百分數(shù)的鹽水淬火。當水中的工件抖動停止，即可出水空冷。 再進行590°C回火3小時，空冷至室溫；3、粗車，在車床上車削成半徑為50mm的軸桿；4、表面感應(yīng)淬火工序，功率110KW，工件移動速度200mm/min，水壓0. 15MPa，電 流:360A,電壓:460V，頻率1800Hz ；5、去應(yīng)力回火，加熱至200°C，保溫3小時。經(jīng)過硬度檢驗，表面硬度56HRC，淬火硬化層的深度Ds為15mm，淬火硬化層的深度 Ds與軸桿半徑r之比(Ds/r)為0. 3 ；過渡層深度b為8mm，淬火硬化層的深度Ds和過渡層深 度b的比例關(guān)系為b = 0. 6DS。實施例三、工程機械用軸桿類零件的一種制造方法1、下料；2、調(diào)質(zhì)熱處理工序，加熱工件至860°C，根據(jù)工件直徑計算保溫時間，保溫時間 lmin/mm,出爐8% -12%質(zhì)量百分數(shù)的鹽水淬火。當水中的工件抖動停止，即可出水空冷。 再進行610°C回火3小時，空冷至室溫；3、粗車，在車床上車削成半徑為70mm的軸桿；4、表面感應(yīng)淬火工序，功率160KW，工件移動速度400mm/min，水壓0. 20MPa,電 流:430A,電壓:480V，頻率:2400Hz ；5、去應(yīng)力回火，加熱至230°C，保溫3小時。經(jīng)過硬度檢驗，表面硬度55HRC，淬火硬化層的深度Ds為21. 7mm,淬火硬化層的深 度仏與軸桿半徑r之比(Ds/r)為0.31 ；過渡層深度b為9. 76mm，淬火硬化層的深度Ds和 過渡層深度b的比例關(guān)系為b = 0. 45DS。工程機械用軸桿類零件的磨損形式以磨粒磨損為主，同時也伴隨著疲勞磨損和粘 著磨損。由于磨粒磨損的主要機制為微切削，犁溝變形、斷裂，故材料越硬，磨粒壓入金屬就 越淺，變形也越小，材料的抗磨粒磨損能力就越強。本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件表面硬 度》50HRC,所以磨粒壓入金屬較淺，變形較小，抗磨粒磨損能力強。如圖5所示，當淬火硬化層的深度Ds與軸桿半徑r之比(Ds/r)大于0.3時，工程機 械用軸桿類零件的扭轉(zhuǎn)強度的增值率下降，當淬火硬化層的深度Ds與軸桿半徑r之比(Ds/ r)到0.4以上時，扭轉(zhuǎn)強度的增值率趨向于零。本發(fā)明工程機械用軸桿類零件淬火硬化層 的深度Ds與軸桿的半徑r之比(Ds/r)為0. 28-0. 32 ；其扭轉(zhuǎn)強度的增值率最高，此時再增 加淬火硬化層深度Ds，其扭轉(zhuǎn)強度基本不會增加，所以此時的工程機械用軸桿類零件性價 t匕最尚。如圖6所示，發(fā)明工程機械用軸桿類零件淬火硬化層Ds和過渡層深度b的比例關(guān) 系為b = (0. 382 0. 618) Ds時，殘余應(yīng)力最小，其壽命較長，超過這一范圍，工程機械用軸 桿類零件的殘余應(yīng)力均增大，其壽命較短。本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件的材料優(yōu)選45鋼或42CrMo鋼，也可以是40Cr或 40MnB 鋼。
以上所述實施例僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做 出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種工程機械用軸桿類零件，包括芯部、淬火硬化層、所述淬火硬化層和所述芯部之間的過渡層，其特征在于(1)表面硬度≥50HRC；(2)淬火硬化層的深度DS與軸桿的半徑r之比DS/r為0.28-0.32；(3)淬火硬化層的深度DS和過渡層寬度b的比例關(guān)系為b＝(0.382～0.618)DS。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程機械用軸桿類零件，其特征在于，所述淬火硬化層金相 組織為回火馬氏體，所述過渡層的金相組織為回火馬氏體+貝氏體+屈氏體，所述芯部的金 相組織為回火索氏體+屈氏體+網(wǎng)狀鐵素體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述工程機械用軸桿類零件，其特征在于，所述軸桿類零件的半徑r 等于 17. 5-70mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述工程機械用軸桿類零件，其特征在于，所述軸桿類零件的材料 為 45 鋼、40Cr、42CrMo 或 40MnB 鋼。
5.權(quán)利要求1-4任一項所述的工程機械用軸桿類零件的制造方法，其特征在于，包括 以下步驟(1)調(diào)質(zhì)熱處理工序，將切削好的工件加熱至830°C 860°C，根據(jù)調(diào)質(zhì)的工件直徑計 算保溫時間，保溫時間lmin/mm，出爐8% -12%質(zhì)量百分數(shù)的鹽水淬火，當水中的工件抖動 停止，出水空冷，再進行560 610°C回火3小時，空冷至室溫；(2)粗車，將工件在車床上車削成半徑為17.5-70mm的軸桿；(3)表面感應(yīng)淬火工序，功率70 160KW，工件移動速度70 400mm/min，水壓 0. 10 0. 20MPa,電流300 430A,電壓400 480V，頻率1000 2400Hz ；(4)去應(yīng)力回火，將工件加熱至180°C 230°C，保溫3小時。
6.權(quán)利要求5所述的工程機械用軸桿類零件的制造方法，其特征在于，所述第一步 調(diào)質(zhì)熱處理工序中，將切削好的工件加熱至830°C，根據(jù)工件直徑計算保溫時間，保溫時間 lmin/mm,出爐8% -12%質(zhì)量百分數(shù)的鹽水淬火，當水中的工件抖動停止，出水空冷，再進 行560°C回火3小時，空冷至室溫；所述第二步粗車工序中，將工件在車床上車削成半徑為 17. 5mm的軸桿；所述第三步表面感應(yīng)淬火工序，功率70KW，工件移動速度70mm/min，水 壓0. IMPa,電流300A，電壓400V，頻率1000Hz ；所述第四步去應(yīng)力回火工序，將工件加 熱至180°C，保溫3小時。
7.權(quán)利要求5所述的工程機械用軸桿類零件的制造方法，其特征在于，所述第一步 調(diào)質(zhì)熱處理工序中，將切削好的工件加熱至840°C，根據(jù)工件直徑計算保溫時間，保溫時間 lmin/mm,出爐8% -12%質(zhì)量百分數(shù)的鹽水淬火，當水中的工件抖動停止，出水空冷，再進 行590°C回火3小時，空冷至室溫；所述第二步粗車工序中，將工件在車床上車削成半徑為 50mm的軸桿；所述第三步表面感應(yīng)淬火工序，功率110KW，工件移動速度200mm/min，水 壓0. 15MPa,電流360A，電壓460V，頻率1800Hz ；所述第四步去應(yīng)力回火工序，將工件加 熱至200°C，保溫3小時。
8.權(quán)利要求5所述的工程機械用軸桿類零件的制造方法，其特征在于，所述第一步 調(diào)質(zhì)熱處理工序中，將切削好的工件加熱至860°C，根據(jù)工件直徑計算保溫時間，保溫時間 lmin/mm,出爐8% -12%質(zhì)量百分數(shù)的鹽水淬火，當水中的工件抖動停止，出水空冷，再進 行610°C回火3小時，空冷至室溫；所述第二步粗車工序中，將工件在車床上車削成半徑為70mm的軸桿；所述第三步表面感應(yīng)淬火工序，功率160KW，工件移動速度400mm/min，水 壓0. 20MPa,電流430A，電壓480V，頻率2400Hz ；所述第四步去應(yīng)力回火工序，將工件加 熱至230°C，保溫3小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工程機械用軸桿類零件，包括芯部、淬火硬化層、淬火硬化層和芯部之間的過渡層，表面硬度≥50HRC；淬火硬化層的深度DS與軸桿的半徑r之比DS/r為0.28-0.32；淬火硬化層的深度DS和過渡層寬度b的比例關(guān)系為b＝(0.382～0.618)DS。本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件的制造方法包括調(diào)質(zhì)熱處理工序，粗車，表面感應(yīng)淬火，去應(yīng)力回火。本發(fā)明的工程機械用軸桿類零件，抗磨粒磨損能力強。硬化層的深度DS與軸桿的半徑r之比DS/r為0.28-0.32；其扭轉(zhuǎn)強度的增值率最高，性價比最高。殘余應(yīng)力最小，其壽命較長。
文檔編號F16C3/02GK101886158SQ201010225118
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者尹立輝, 鄭偉, 郭英鑒 申請人:煙臺首鋼東星集團有限公司